1. 項(xiàng)目緣起為什么要在內(nèi)核里“加”驅(qū)動(dòng)干了這么多年嵌入式從單片機(jī)裸奔到Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)我發(fā)現(xiàn)自己和身邊很多朋友都踩過同一個(gè)坑拿到一個(gè)新硬件比如一塊定制的外設(shè)板卡或者一個(gè)特殊的傳感器明明官方給了驅(qū)動(dòng)源碼但就是不知道怎么把它“塞”進(jìn)正在運(yùn)行的內(nèi)核里。最常見的場(chǎng)景就是你編譯了一個(gè).ko文件用insmod加載結(jié)果要么報(bào)“Invalid module format”要么直接內(nèi)核恐慌Kernel Panic。這時(shí)候你才意識(shí)到事情沒那么簡(jiǎn)單——驅(qū)動(dòng)不是個(gè)獨(dú)立的插件想插就插它更像是房子內(nèi)核的一部分墻體或管道需要從地基配置開始就規(guī)劃好。所以今天我們不聊怎么寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)那是另一個(gè)宏大的話題。我們聚焦一個(gè)更基礎(chǔ)、但新手和老手都可能含糊的問題如何將一個(gè)已有的驅(qū)動(dòng)源碼正確地集成到Linux內(nèi)核的構(gòu)建體系中并最終讓它成為內(nèi)核鏡像的一部分或者一個(gè)可加載模塊。這個(gè)過程我們稱之為“添加驅(qū)動(dòng)”。它涉及的不是代碼邏輯而是內(nèi)核那套看似復(fù)雜、實(shí)則嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?gòu)建系統(tǒng)Kbuild。理解了它你才能自由地駕馭內(nèi)核為你的硬件“上戶口”。簡(jiǎn)單來說你要做三件事1. 告訴內(nèi)核“我有這么個(gè)東西”Kconfig2. 告訴編譯器“怎么編譯它”Makefile3. 最后執(zhí)行構(gòu)建命令。聽起來簡(jiǎn)單但每一步都有不少門道。網(wǎng)上的教程往往只給命令不說原理導(dǎo)致你照貓畫虎成功了換個(gè)地方又抓瞎。接下來我就結(jié)合自己趟過的坑把這套流程掰開揉碎了講清楚。2. 內(nèi)核構(gòu)建系統(tǒng)Kbuild核心概念掃盲在動(dòng)手之前我們必須先理解內(nèi)核的構(gòu)建系統(tǒng)也就是Kbuild。你可以把它想象成一個(gè)高度自動(dòng)化、可配置的工廠流水線。這個(gè)工廠的最終產(chǎn)品是內(nèi)核鏡像zImage或bzImage等和一堆模塊文件.ko。而驅(qū)動(dòng)就是這條流水線上需要被加工的一個(gè)個(gè)零件。這個(gè)工廠有幾個(gè)關(guān)鍵的管理文件和工作流程2.1 核心配置文件Kconfig與.configKconfig文件是“產(chǎn)品目錄”或“配置菜單”的藍(lán)圖。它定義了用戶可以配置的選項(xiàng)config symbols比如“是否支持USB”、“是否編譯某某型號(hào)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)”。這些選項(xiàng)之間有依賴關(guān)系depends on、選擇關(guān)系select和互斥關(guān)系。內(nèi)核源碼幾乎每個(gè)子目錄下都有一個(gè)Kconfig文件它們通過source語句被逐級(jí)引用最終在頂層目錄形成一個(gè)完整的配置菜單樹。.config文件則是用戶從“產(chǎn)品目錄”里勾選好的“訂單”。當(dāng)你通過make menuconfig、make xconfig等圖形化工具進(jìn)行配置時(shí)你的每一個(gè)選擇y-編譯進(jìn)內(nèi)核,m-編譯為模塊,n-不編譯最終都保存在這個(gè)隱藏文件.config里。它是后續(xù)編譯過程的唯一依據(jù)。一個(gè)關(guān)鍵理解Kconfig定義可能性.config記錄用戶的選擇。我們“添加驅(qū)動(dòng)”首要任務(wù)就是在正確的Kconfig文件中增加我們驅(qū)動(dòng)的配置選項(xiàng)讓用戶能在菜單里看到并選擇它。2.2 構(gòu)建指令文件Makefile如果說Kconfig是菜單那么Makefile就是廚房的“菜譜”。它根據(jù).config里的“訂單”決定哪些源代碼文件.c需要被編譯以及如何編譯。內(nèi)核的Makefile同樣層層遞進(jìn)頂級(jí)Makefile調(diào)用子目錄的Makefile。在驅(qū)動(dòng)相關(guān)的子目錄如drivers/char/,drivers/net/等里Makefile的寫法有固定模式。最常見的就是下面這種形式obj-$(CONFIG_MY_DRIVER) my_driver.o這行代碼的意思是如果配置符號(hào)CONFIG_MY_DRIVER的值是y或m那么就將my_driver.o這個(gè)目標(biāo)加入到要編譯的列表里。CONFIG_MY_DRIVER這個(gè)變量正是從.config文件中來的。如果值是ymy_driver.o對(duì)應(yīng)的代碼會(huì)被編譯并鏈接進(jìn)最終的內(nèi)核鏡像如果是m則會(huì)被編譯成獨(dú)立的模塊文件my_driver.ko。2.3 構(gòu)建流程全景圖整個(gè)添加驅(qū)動(dòng)的過程可以概括為以下流程圖文字描述放置源碼將你的驅(qū)動(dòng)源代碼文件如my_driver.c以及可能的頭文件放到內(nèi)核源碼樹中一個(gè)邏輯合理的目錄下比如drivers/misc/雜項(xiàng)設(shè)備或根據(jù)硬件類型選擇drivers/input/、drivers/net/等。修改Kconfig在該目錄的Kconfig文件中添加一個(gè)config條目定義你的驅(qū)動(dòng)配置選項(xiàng)如CONFIG_MY_DRIVER。修改Makefile在該目錄的Makefile文件中添加對(duì)應(yīng)的編譯規(guī)則將你的源文件與配置符號(hào)關(guān)聯(lián)起來。更新配置菜單回到內(nèi)核源碼根目錄執(zhí)行make menuconfig。此時(shí)你應(yīng)該能在相應(yīng)的菜單路徑下找到你新添加的驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)并將其設(shè)置為y或m。執(zhí)行編譯執(zhí)行make編譯內(nèi)核鏡像或make modules僅編譯模塊。你的驅(qū)動(dòng)會(huì)根據(jù)選擇被編譯進(jìn)去。安裝與使用如果是模塊使用make modules_install安裝到系統(tǒng)模塊目錄然后用modprobe加載如果編譯進(jìn)內(nèi)核則直接隨新內(nèi)核啟動(dòng)生效。理解了這套框架我們?cè)賮砩钊朊總€(gè)步驟的細(xì)節(jié)和坑點(diǎn)。3. 實(shí)戰(zhàn)演練手把手添加一個(gè)虛擬字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)光說不練假把式。我們假設(shè)要添加一個(gè)非常簡(jiǎn)單的虛擬字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)名為vchar。它不控制真實(shí)硬件只是用來演示完整的集成流程。我們將把它放在drivers/char/目錄下因?yàn)樽址O(shè)備是這里的管理范疇。3.1 第一步準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)源碼首先我們編寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)文件vchar.c。為了簡(jiǎn)化它只實(shí)現(xiàn)最基本的open、release操作并在初始化時(shí)打印一條信息。// drivers/char/vchar.c #include linux/module.h #include linux/fs.h #include linux/init.h #include linux/kernel.h #define DEVICE_NAME vchar static int vchar_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk(KERN_INFO vchar device opened.\n); return 0; } static int vchar_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk(KERN_INFO vchar device closed.\n); return 0; } static struct file_operations vchar_fops { .owner THIS_MODULE, .open vchar_open, .release vchar_release, }; static int __init vchar_init(void) { printk(KERN_INFO vchar driver initialized.\n); // 在實(shí)際驅(qū)動(dòng)中這里會(huì)調(diào)用 register_chrdev 等函數(shù) return 0; } static void __exit vchar_exit(void) { printk(KERN_INFO vchar driver exited.\n); } module_init(vchar_init); module_exit(vchar_exit); MODULE_LICENSE(GPL); MODULE_AUTHOR(Your Name); MODULE_DESCRIPTION(A simple virtual char driver for demo);將這個(gè)文件保存到內(nèi)核源碼樹的drivers/char/目錄下。當(dāng)然你也可以新建一個(gè)子目錄比如drivers/char/vchar/然后把vchar.c放進(jìn)去。新建子目錄的方式在驅(qū)動(dòng)文件較多時(shí)更清晰但需要額外修改上級(jí)目錄的Kconfig和Makefile來包含這個(gè)子目錄。為了首次演示簡(jiǎn)單我們直接放在drivers/char/下。3.2 第二步修改Kconfig文件現(xiàn)在我們需要在drivers/char/Kconfig文件中添加我們的配置選項(xiàng)。用編輯器打開這個(gè)文件找到一個(gè)合適的位置插入。通常可以放在文件末尾或者與其他類似性質(zhì)的驅(qū)動(dòng)配置放在一起。在Kconfig中我們添加如下內(nèi)容config VCHAR_DRIVER tristate Virtual Character Device Driver Demo depends on HAS_IOMEM help This is a demo driver for integrating a new driver into the kernel build system. It does not control any real hardware. Say Y or M here to compile the driver. If unsure, say N.逐行解釋config VCHAR_DRIVER: 定義了一個(gè)名為VCHAR_DRIVER的配置符號(hào)。注意這里名字全大寫用下劃線連接。在.config文件中它會(huì)變成CONFIG_VCHAR_DRIVER。tristate: 表示這是一個(gè)“三態(tài)”選項(xiàng)即允許用戶選擇y編譯進(jìn)內(nèi)核、m編譯為模塊或n不編譯。對(duì)于驅(qū)動(dòng)幾乎總是用tristate。如果驅(qū)動(dòng)只能編譯進(jìn)內(nèi)核不能作為模塊則用bool。Virtual Character Device Driver Demo: 這是在make menuconfig配置菜單中顯示給用戶的描述文字。depends on HAS_IOMEM: 這是一個(gè)依賴項(xiàng)。HAS_IOMEM是一個(gè)基本的架構(gòu)相關(guān)配置表示該架構(gòu)支持內(nèi)存映射I/O。我們的虛擬驅(qū)動(dòng)雖然用不到但這是一個(gè)好習(xí)慣表明這是一個(gè)潛在的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。如果你的驅(qū)動(dòng)依賴其他內(nèi)核特性比如NET、USB等必須在這里聲明。help: 后面跟著的是幫助文本在配置工具里按?鍵可以查看。這里簡(jiǎn)單說明驅(qū)動(dòng)的用途。踩坑點(diǎn)1依賴depends on與選擇select的濫用depends on表示“只有A被選中我B才能被選中”。這是最常用、最安全的關(guān)系。select表示“如果我B被選中那么A也必須被選中”。這是一種反向強(qiáng)制要慎用因?yàn)樗赡茉诓唤?jīng)意間引入不需要的功能增大內(nèi)核體積甚至造成循環(huán)依賴。新手常犯的錯(cuò)誤是為了省事用select去拉取一堆依賴這破壞了配置的層次性。最佳實(shí)踐是盡量只用depends on。3.3 第三步修改Makefile文件接下來編輯drivers/char/Makefile。我們需要添加一行將源文件vchar.o的編譯與配置符號(hào)CONFIG_VCHAR_DRIVER綁定。在Makefile中找到添加其他驅(qū)動(dòng)的地方比如一堆obj-$(CONFIG_...)的行在合適位置加入obj-$(CONFIG_VCHAR_DRIVER) vchar.o這行代碼的意思是如果.config中CONFIG_VCHAR_DRIVER的值為y或m那么就將vchar.o添加到要編譯的目標(biāo)列表中。Kbuild系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)尋找同名的vchar.c或vchar.S文件進(jìn)行編譯。如果驅(qū)動(dòng)由多個(gè)源文件組成怎么辦假設(shè)你的驅(qū)動(dòng)由main.c、helper.c、hwif.c三個(gè)文件組成那么應(yīng)該這樣寫obj-$(CONFIG_COMPLEX_DRIVER) complex_driver.o complex_driver-objs : main.o helper.o hwif.o第一行定義最終生成的模塊/內(nèi)置對(duì)象名。第二行通過module_name-objs變量列出構(gòu)成這個(gè)對(duì)象的所有.o文件。Kbuild會(huì)分別編譯這些.c文件然后將它們鏈接成最終的complex_driver.o。3.4 第四步配置與編譯現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)已經(jīng)“注冊(cè)”到了內(nèi)核的構(gòu)建系統(tǒng)。我們回到內(nèi)核源碼的根目錄。啟動(dòng)配置界面make menuconfig如果你的開發(fā)環(huán)境是圖形化的也可以用make xconfig或make gconfig。找到新驅(qū)動(dòng)選項(xiàng) 在menuconfig的層次菜單中我們的驅(qū)動(dòng)位于Device Drivers-Character devices-Virtual Character Device Driver Demo因?yàn)槲覀冊(cè)赿rivers/char/Kconfig中添加的它自然就歸類到了“Character devices”菜單下。使用方向鍵導(dǎo)航按空格鍵可以循環(huán)切換選項(xiàng)狀態(tài) 表示未選中n*表示編譯進(jìn)內(nèi)核yM表示編譯為模塊m。我們選擇M將其編譯為模塊。保存并退出 選擇Save保存到默認(rèn)的.config文件然后退出。檢查配置 你可以用文本編輯器打開根目錄下的.config文件搜索CONFIG_VCHAR_DRIVER應(yīng)該能看到一行CONFIG_VCHAR_DRIVERm這證實(shí)了我們的配置已生效。編譯模塊 由于我們選擇的是模塊m可以只編譯模塊這樣更快make modules -j$(nproc)-j$(nproc)表示使用與CPU核心數(shù)相同的線程并行編譯加快速度。查找編譯產(chǎn)物 編譯完成后生成的模塊文件vchar.ko位于其源碼所在的目錄即drivers/char/。你可以用find命令查找find . -name vchar.ko3.5 第五步測(cè)試與驗(yàn)證現(xiàn)在我們可以測(cè)試這個(gè)新編譯的模塊了。注意強(qiáng)烈建議在一個(gè)虛擬機(jī)或?qū)Ｓ玫拈_發(fā)板上進(jìn)行內(nèi)核模塊的測(cè)試避免在主系統(tǒng)上操作導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定?？截惸K文件如果是在交叉編譯環(huán)境 將vchar.ko文件拷貝到目標(biāo)機(jī)器上。加載模塊sudo insmod vchar.ko查看內(nèi)核日志dmesg | tail -5你應(yīng)該能看到類似這樣的輸出[ 123.456789] vchar driver initialized.這表明我們的驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)被成功調(diào)用了。檢查模塊信息modinfo vchar.ko這會(huì)顯示我們?cè)谠创a中用MODULE_*宏定義的作者、描述、許可證等信息。卸載模塊sudo rmmod vchar再次查看dmesg應(yīng)該能看到退出信息。至此一個(gè)驅(qū)動(dòng)從源碼到集成、配置、編譯、加載的完整流程就走通了。如果你選擇的是*編譯進(jìn)內(nèi)核那么在第4步執(zhí)行make或make zImage等編譯整個(gè)內(nèi)核然后將新內(nèi)核鏡像安裝并啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)會(huì)在內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)初始化。4. 進(jìn)階話題與深度避坑指南上面的流程是標(biāo)準(zhǔn)路徑但在實(shí)際項(xiàng)目中情況往往更復(fù)雜。下面分享幾個(gè)我踩過坑的進(jìn)階場(chǎng)景和解決方案。4.1 場(chǎng)景一驅(qū)動(dòng)源碼放在內(nèi)核樹外如何集成有時(shí)驅(qū)動(dòng)源碼由第三方提供或者你希望獨(dú)立維護(hù)不想直接放入內(nèi)核源碼樹。這可以通過“外部模塊”External Module的方式實(shí)現(xiàn)。目錄結(jié)構(gòu)my_external_driver/ ├── Kconfig ├── Makefile └── vchar.c注意這里需要你自己編寫Kconfig和Makefile。外部Kconfig文件 內(nèi)容可以和內(nèi)核內(nèi)的類似但通常更簡(jiǎn)單。關(guān)鍵是你需要在內(nèi)核的主Kconfig中通過source語句引入它。但這通常需要修改內(nèi)核源碼違背了“外部”的初衷。因此更常見的做法是不通過menuconfig配置外部模塊而是直接在Makefile中通過命令行傳遞配置?；蛘呷绻愕尿?qū)動(dòng)必須出現(xiàn)在內(nèi)核配置菜單里那還是建議放進(jìn)內(nèi)核樹。外部Makefile文件# 關(guān)鍵指向內(nèi)核構(gòu)建目錄 KERNEL_DIR ? /lib/modules/$(shell uname -r)/build # 或者是你自己編譯的內(nèi)核源碼路徑如 /home/yourname/linux-5.10 PWD : $(shell pwd) obj-m vchar.o all: $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M$(PWD) modules clean: $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M$(PWD) clean這個(gè)Makefile的精髓在于-C $(KERNEL_DIR)和M$(PWD)參數(shù)。它告訴make“先切換到內(nèi)核構(gòu)建目錄-C使用那里的頂層Makefile和配置.config但是模塊的源碼在另一個(gè)目錄M請(qǐng)到那里去執(zhí)行構(gòu)建模塊的規(guī)則?！本幾g 在my_external_driver/目錄下直接執(zhí)行make即可。它會(huì)讀取你當(dāng)前運(yùn)行內(nèi)核的配置通過/lib/modules/$(uname -r)/build鏈接或者你指定的內(nèi)核源碼配置來編譯模塊。踩坑點(diǎn)2內(nèi)核版本與符號(hào)導(dǎo)出外部模塊編譯最大的坑是內(nèi)核API兼容性。內(nèi)核內(nèi)部函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如果不通過EXPORT_SYMBOL()導(dǎo)出外部模塊是無法使用的。不同內(nèi)核版本間導(dǎo)出的符號(hào)和函數(shù)原型可能會(huì)發(fā)生變化。因此為某個(gè)特定內(nèi)核版本編寫的驅(qū)動(dòng)模塊很可能在另一個(gè)版本上編譯失敗或加載失敗報(bào)“Unknown symbol”錯(cuò)誤。解決方案是1盡量使用穩(wěn)定、導(dǎo)出的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核API2為不同內(nèi)核版本維護(hù)不同的驅(qū)動(dòng)分支或添加版本適配代碼3使用modprobe --force強(qiáng)制加載不推薦可能導(dǎo)致崩潰。4.2 場(chǎng)景二驅(qū)動(dòng)依賴其他內(nèi)核選項(xiàng)如DMA、中斷子系統(tǒng)我們的示例驅(qū)動(dòng)是獨(dú)立的。但真實(shí)驅(qū)動(dòng)往往依賴內(nèi)核的其他子系統(tǒng)。例如一個(gè)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)依賴NET子系統(tǒng)一個(gè)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)依賴USB子系統(tǒng)。這在Kconfig中通過depends on語句已經(jīng)表達(dá)了。但依賴關(guān)系不止在配置層面還在代碼層面。假設(shè)你的驅(qū)動(dòng)my_driver.c使用了dma_alloc_coherent()函數(shù)這個(gè)函數(shù)只有在內(nèi)核配置了DMA相關(guān)支持通常是CONFIG_HAS_DMA并且對(duì)應(yīng)的架構(gòu)代碼實(shí)現(xiàn)了該函數(shù)時(shí)才可用。如何確保Kconfig依賴務(wù)必在Kconfig中寫明depends on HAS_DMA。頭文件包含在my_driver.c中包含正確的頭文件如#include linux/dma-mapping.h。編譯測(cè)試在多種配置下編譯你的驅(qū)動(dòng)特別是作為模塊編譯確保沒有未解決的符號(hào)引用。你可以使用make CONFIG_MY_DRIVERm來臨時(shí)指定某個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行編譯測(cè)試。一個(gè)常見錯(cuò)誤在Kconfig中寫了depends on HAS_DMA但代碼里卻用了#ifdef CONFIG_HAS_DMA來?xiàng)l件編譯。注意HAS_DMA是一個(gè)Kconfig符號(hào)在C代碼中對(duì)應(yīng)的宏是CONFIG_HAS_DMA。但通常對(duì)于這種架構(gòu)級(jí)的基礎(chǔ)支持代碼里不需要條件編譯因?yàn)榧热籨epends on成立了這些API就是可用的。條件編譯更多用于驅(qū)動(dòng)自身的可選功能。4.3 場(chǎng)景三解決“Invalid module format”錯(cuò)誤這是新手加載模塊時(shí)最常遇到的錯(cuò)誤之一。根本原因是模塊編譯時(shí)所用的內(nèi)核版本、配置特別是CONFIG_MODVERSIONS與當(dāng)前運(yùn)行的內(nèi)核不匹配。modprobe或insmod在加載模塊時(shí)會(huì)檢查模塊的“vermagic”字符串它編碼了內(nèi)核版本、編譯器版本、配置標(biāo)志如SMP、PREEMPT等信息。如果不匹配就會(huì)拒絕加載。解決方案確保編譯環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境一致最簡(jiǎn)單的方法就是在目標(biāo)機(jī)器上用目標(biāo)機(jī)器當(dāng)前運(yùn)行內(nèi)核對(duì)應(yīng)的源碼和配置來編譯模塊。這就是為什么外部模塊的Makefile中常用/lib/modules/$(uname -r)/build這個(gè)鏈接的原因。檢查CONFIG_MODVERSIONS如果運(yùn)行的內(nèi)核啟用了模塊版本校驗(yàn)CONFIG_MODVERSIONSy那么編譯模塊時(shí)也必須啟用。這通常在你使用目標(biāo)機(jī)器的內(nèi)核頭文件或源碼編譯時(shí)自動(dòng)匹配。使用modprobe --force-vermagic極度危險(xiǎn)僅用于調(diào)試這個(gè)參數(shù)可以忽略版本魔法字符串的校驗(yàn)強(qiáng)制加載。但這可能導(dǎo)致內(nèi)核崩潰因?yàn)槟K可能調(diào)用了不兼容的內(nèi)核函數(shù)。絕對(duì)不要在生產(chǎn)環(huán)境使用。診斷步驟# 查看當(dāng)前運(yùn)行內(nèi)核的版本和配置 uname -r cat /proc/config.gz | gunzip | grep MODVERSIONS # 查看模塊的版本信息 modinfo vchar.ko | grep vermagic比較兩者的vermagic字符串是否一致。4.4 場(chǎng)景四驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核后如何確保它被正確初始化如果你將驅(qū)動(dòng)設(shè)置為y編譯進(jìn)內(nèi)核它會(huì)在內(nèi)核啟動(dòng)的哪個(gè)階段初始化呢這由驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)module_init或device_initcall等的級(jí)別決定。對(duì)于絕大多數(shù)使用module_init的驅(qū)動(dòng)如果編譯進(jìn)內(nèi)核其初始化函數(shù)會(huì)被放在一個(gè)特定的內(nèi)存段在內(nèi)核啟動(dòng)的“設(shè)備初始化”階段被調(diào)用。如何驗(yàn)證查看內(nèi)核啟動(dòng)日志dmesg搜索你的驅(qū)動(dòng)打印的初始化信息如我們例子中的vchar driver initialized.。如果沒看到可能是初始化級(jí)別太晚在你看dmesg之前日志被沖掉了?？梢試L試在啟動(dòng)時(shí)給內(nèi)核傳遞loglevel8參數(shù)打印更多調(diào)試信息或者使用dmesg | grep vchar。更根本的檢查是看驅(qū)動(dòng)的初始化函數(shù)是否真的被包含進(jìn)了內(nèi)核鏡像。你可以使用nm vmlinux | grep vchar_initvmlinux是編譯出的原始內(nèi)核ELF文件來查找符號(hào)。如果找不到說明驅(qū)動(dòng)沒有被真正鏈接進(jìn)去回頭檢查.config和編譯日志。5. 構(gòu)建系統(tǒng)高級(jí)技巧與自動(dòng)化當(dāng)你需要維護(hù)多個(gè)驅(qū)動(dòng)或者頻繁在不同版本內(nèi)核上編譯時(shí)一些自動(dòng)化技巧能極大提升效率。5.1 使用Kbuild的擴(kuò)展功能多文件模塊的簡(jiǎn)潔寫法如前所述使用module_name-objs。條件編譯源文件可以在Makefile中根據(jù)配置選擇不同的源文件。obj-$(CONFIG_MY_DRIVER) my_driver.o my_driver-y : common.o my_driver-$(CONFIG_MY_DRIVER_DEBUG) debug.o my_driver-$(CONFIG_MY_DRIVER_LEGACY) legacy_if.o這樣debug.o和legacy_if.o是否被鏈接進(jìn)模塊就由對(duì)應(yīng)的配置項(xiàng)決定了。遞歸調(diào)用子目錄如果你的驅(qū)動(dòng)放在內(nèi)核源碼樹的一個(gè)新建子目錄里需要在父目錄的Makefile中添加一行obj-$(CONFIG_MY_DRIVER) my_driver_dir/注意后面的斜杠/這告訴Kbuild進(jìn)入該子目錄繼續(xù)尋找Makefile。同時(shí)也需要在父目錄的Kconfig中用source drivers/char/my_driver_dir/Kconfig引入子目錄的配置。5.2 與版本控制系統(tǒng)如git的協(xié)作如果你在內(nèi)核源碼樹內(nèi)添加驅(qū)動(dòng)并且內(nèi)核源碼本身用git管理你需要考慮如何管理你的修改。創(chuàng)建補(bǔ)丁patch這是向內(nèi)核上游提交代碼的標(biāo)準(zhǔn)方式也便于你自己管理定制。# 在內(nèi)核源碼根目錄 git add drivers/char/vchar.c drivers/char/Kconfig drivers/char/Makefile git commit -m Add vchar demo driver git format-patch -1 HEAD這會(huì)生成一個(gè).patch文件包含了你的所有修改。你可以將此補(bǔ)丁應(yīng)用到其他內(nèi)核版本可能需要手動(dòng)解決沖突。使用git分支為你的驅(qū)動(dòng)開發(fā)創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的分支是個(gè)好習(xí)慣。git checkout -b my-custom-drivers # ... 進(jìn)行你的修改和提交 ...這樣你可以隨時(shí)切回主分支獲取內(nèi)核更新然后再合并你的驅(qū)動(dòng)分支。5.3 調(diào)試構(gòu)建問題讀懂編譯輸出和日志當(dāng)make失敗時(shí)不要只看最后幾行錯(cuò)誤。從第一個(gè)錯(cuò)誤開始看。常見的錯(cuò)誤有找不到頭文件檢查#include路徑是否正確。內(nèi)核頭文件應(yīng)使用#include linux/...或#include asm/...并且確保依賴的子系統(tǒng)已被配置y或m。未定義的引用鏈接錯(cuò)誤通常是某個(gè)函數(shù)沒有實(shí)現(xiàn)。檢查該函數(shù)是否拼寫正確是否在依賴的源文件中或者是否是一個(gè)需要導(dǎo)出EXPORT_SYMBOL的內(nèi)核API而你錯(cuò)誤地使用了。語法錯(cuò)誤仔細(xì)檢查C代碼語法內(nèi)核通常使用較嚴(yán)格的GNU C標(biāo)準(zhǔn)注意使用-stdgnu89或-stdgnu11等擴(kuò)展。編譯時(shí)使用make V1可以顯示詳細(xì)的命令執(zhí)行過程對(duì)于定位問題非常有幫助。6. 從構(gòu)建到調(diào)試完整工作流閉環(huán)添加驅(qū)動(dòng)并成功編譯只是第一步。一個(gè)專業(yè)的驅(qū)動(dòng)開發(fā)者更需要一套完整的測(cè)試和調(diào)試方法。靜態(tài)代碼分析在提交代碼前使用內(nèi)核自帶的sparse靜態(tài)分析工具檢查。make C2 drivers/char/vchar.o注意這需要你已將驅(qū)動(dòng)集成進(jìn)內(nèi)核樹并配置好。C2表示執(zhí)行更嚴(yán)格的檢查。內(nèi)核代碼風(fēng)格檢查Linux內(nèi)核有嚴(yán)格的編碼風(fēng)格Kernel Coding Style。使用checkpatch.pl腳本檢查你的補(bǔ)丁或代碼。./scripts/checkpatch.pl --no-tree -f drivers/char/vchar.c運(yùn)行時(shí)調(diào)試printk最基礎(chǔ)也是最強(qiáng)大的工具。合理使用KERN_DEBUG,KERN_INFO,KERN_ERR等日志級(jí)別?？梢酝ㄟ^/proc/sys/kernel/printk調(diào)整控制臺(tái)輸出級(jí)別。動(dòng)態(tài)調(diào)試Dynamic Debug更高級(jí)的打印控制。在配置中啟用CONFIG_DYNAMIC_DEBUG可以在運(yùn)行時(shí)通過/sys/kernel/debug/dynamic_debug/control文件動(dòng)態(tài)啟用/禁用特定文件的pr_debug()輸出無需重新編譯。ftrace內(nèi)核函數(shù)跟蹤器可以跟蹤函數(shù)調(diào)用圖、耗時(shí)等對(duì)于分析驅(qū)動(dòng)代碼路徑和性能瓶頸極其有用。kprobes/kretprobes可以在幾乎任何內(nèi)核指令處插入探測(cè)點(diǎn)用于收集調(diào)試信息和性能數(shù)據(jù)。壓力測(cè)試與內(nèi)存泄漏檢查編寫或利用現(xiàn)有的測(cè)試程序反復(fù)加載、卸載模塊insmod/rmmod循環(huán)同時(shí)使用kmemleak需要內(nèi)核配置CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK來檢查是否有內(nèi)存未釋放。將驅(qū)動(dòng)添加進(jìn)內(nèi)核構(gòu)建系統(tǒng)是Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)者的基本功。它要求你不僅會(huì)寫C代碼更要理解內(nèi)核作為一個(gè)龐大工程的組織方式。從Kconfig的選項(xiàng)依賴到Makefile的編譯規(guī)則再到最終模塊與內(nèi)核的版本匹配每一步都體現(xiàn)了Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)的模塊化、可配置和可移植性思想。我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)是遇到構(gòu)建問題不要急于搜索具體錯(cuò)誤而是先花時(shí)間理清Kbuild的工作機(jī)制。當(dāng)你真正理解了obj-$(CONFIG_)這行簡(jiǎn)單的Makefile語句背后所代表的整個(gè)決策鏈和自動(dòng)化流程時(shí)很多問題都會(huì)迎刃而解。最后記住內(nèi)核開發(fā)是“社區(qū)驅(qū)動(dòng)”的多閱讀內(nèi)核源碼樹中現(xiàn)有優(yōu)秀驅(qū)動(dòng)的Kconfig和Makefile寫法是最快的學(xué)習(xí)途徑。